在今年于洛杉磯舉辦的美國(guó)物理學(xué)會(huì)年會(huì)上，谷歌放了一個(gè)大招，發(fā)布全球首個(gè) 72 位量子比特通用的量子計(jì)算機(jī) Bristlecon，實(shí)現(xiàn) 1% 的低錯(cuò)誤率，與谷歌之前涉及的 9 量子比特通用的量子計(jì)算機(jī)持平。這款處理器不僅能夠幫助科學(xué)家們進(jìn)行量子模擬的探索，還能夠在量子優(yōu)化和量子機(jī)器學(xué)習(xí)上有所應(yīng)用。

　　谷歌相關(guān)人員表示：

我們謹(jǐn)慎且樂觀地認(rèn)為，Bristlecone 可以實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)（Quantum Supremacy）。

　　谷歌最新量子處理器 Bristlecon

　　關(guān)于這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，我們可以了解以下幾點(diǎn)概念：

　　量子霸權(quán)

　　“量子霸權(quán)”也稱為“量子優(yōu)越性”，這個(gè)詞涉及量子計(jì)算機(jī)在某些類型的方程上超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力。具體來說，50 量子比特的量子計(jì)算機(jī)優(yōu)于現(xiàn)在的任何一臺(tái)經(jīng)典計(jì)算機(jī)。達(dá)到量子霸權(quán)才算真正意義的量子計(jì)算機(jī)。不過，測(cè)量量子處理器的性能以確定量子霸權(quán)是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的度量標(biāo)準(zhǔn)也是量子物理學(xué)家之間爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。

　　眾所周知，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力大大超過最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力。有專家認(rèn)為，這可以說是量子芯片發(fā)展的一大步，量子以二維布局排列，使得控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。這更接近實(shí)現(xiàn)表層編碼所需要的條件，即操縱量子系統(tǒng)中的量子以執(zhí)行有用計(jì)算的能力。Google 相關(guān)工作人員認(rèn)為，此次發(fā)布的新處理器不僅將實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)，而且谷歌已經(jīng)開發(fā)出一種基準(zhǔn)測(cè)試工具來衡量量子計(jì)算機(jī)是否已經(jīng)達(dá)到量子霸權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)測(cè)試可以將隨機(jī)單個(gè)量子電路應(yīng)用于處理器，并測(cè)量經(jīng)典模擬的輸出。

　　Bristlecone

　　這臺(tái)計(jì)算機(jī)由谷歌量子 AI 實(shí)驗(yàn)室（Google Quantum AI lab）開發(fā)，基于 Google 研究人員開發(fā)的九比特矩陣，類似于松果的外形，因此被命名為 Bristlecone（狐尾松）。谷歌量子 AI 實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是建造可以用于解決真實(shí)世界問題的量子計(jì)算機(jī)，他們的研究策略是在可以和大規(guī)模、通用化、可糾錯(cuò)的量子計(jì)算機(jī)向前兼容的系統(tǒng)上探索短期解決方案。

　　芯片結(jié)構(gòu)示意圖，每一個(gè)「X」代表一個(gè)量子比特，相鄰最近的量子比特之間相連

　　為了讓量子處理器運(yùn)行經(jīng)典模擬算法之外的算法，它當(dāng)然需要更多的量子比特（qubit）數(shù)目，但它還需要更多。最關(guān)鍵的是，這個(gè)處理器必須在讀取以及單、雙量子比特門之類邏輯操作中保持很低的錯(cuò)誤率。

　　量子比特

　　量子比特是數(shù)字比特的量子模擬形式，是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理的最小信息單位。然而，數(shù)字比特是二進(jìn)制的，只能在 0 和 1 之間選擇。而量子比特可以存在于疊加的狀態(tài)中（其值可以是 0、1 或其他組合）。如果是N個(gè)量子比特，理論上可以同時(shí)存儲(chǔ) 2^N 的數(shù)據(jù)。比如 250 個(gè)量子比特可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就是2^250，這個(gè)數(shù)字比已知宇宙所有原子加起來還要多。量子計(jì)算機(jī)在進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，可以同時(shí)計(jì)算2^N的數(shù)學(xué)運(yùn)算，相當(dāng)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)要重復(fù)2^N的計(jì)算。由此可見，量子計(jì)算機(jī)可以節(jié)約大量的時(shí)間和計(jì)算單元，讓量子計(jì)算機(jī)可以查詢數(shù)據(jù)庫、分解大素?cái)?shù)或創(chuàng)建復(fù)雜的科學(xué)模型，而且比超級(jí)計(jì)算機(jī)更高效更準(zhǔn)確。

　　量子比特?cái)?shù)

　　但是創(chuàng)建一個(gè)大型的量子計(jì)算機(jī)不僅僅是將一堆量子比特串在一起那么簡(jiǎn)單。創(chuàng)建量子比特陣列是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。通常需要特殊材料，需要昂貴的激光設(shè)置和/或極端的環(huán)境條件才能創(chuàng)建成功并正常運(yùn)行，具體取決于量子比特是基于離子、自旋半導(dǎo)體還是基于 Google 處理器或者超導(dǎo)電路。

　　需要注意的是，量子比特本身對(duì)噪聲環(huán)境干擾非常敏感，非理想環(huán)境可能會(huì)導(dǎo)致量子比特的狀態(tài)出現(xiàn)問題，因此非常容易出錯(cuò)。以最小的錯(cuò)誤率創(chuàng)建強(qiáng)大的量子位陣列是物理學(xué)家和功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)之間最大的障礙之一。

　　錯(cuò)誤率

　　由于量子的狀態(tài)非常不穩(wěn)定，所以僅有 50 個(gè)量子比特是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)榱孔颖忍氐牧孔蛹m纏會(huì)出錯(cuò)，只有足夠多的量子比特和低的錯(cuò)誤率才能實(shí)現(xiàn)真正意義的量子霸權(quán)。

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安裝 Bristlecone 

　　這臺(tái) 72 位量子計(jì)算機(jī)所使用的量子位矩陣（與之前的 9 量子比特通用量子計(jì)算機(jī)）能夠?qū)崿F(xiàn) 1％ 的讀取錯(cuò)誤率、0.1％ 的單量子比特門錯(cuò)誤率和 0.6％ 的雙比特門錯(cuò)誤率。量子比特門就是量子門（也叫量子邏輯）是基本的，操作一個(gè)小數(shù)量量子比特的量子線路 。它是量子線路的基礎(chǔ)，就像傳統(tǒng)邏輯門跟一般數(shù)字線路之間的關(guān)系。常見量子門針對(duì)一個(gè)或兩個(gè)量子比特進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最終產(chǎn)生單個(gè)輸出。

　　量子計(jì)算機(jī)可能破解比特幣

　　目前量子計(jì)算機(jī)只在科研領(lǐng)域有所應(yīng)用，但如果真如 Google 實(shí)驗(yàn)室所言，Bristlecone 能達(dá)到量子霸權(quán)，那么比特幣等基于區(qū)塊鏈技術(shù)的虛擬貨幣可能將被破解。

　　根據(jù)區(qū)塊鏈中少數(shù)服從多數(shù)的原則，一旦礦工擁有 51% 的算力，其他后續(xù)礦工將無法繼續(xù)獲得比特幣。而未來隨著量子計(jì)算機(jī)量子比特的增長(zhǎng)，區(qū)塊鏈采用的非對(duì)稱密碼算法，即公鑰密碼系統(tǒng)也會(huì)受到更大的威脅。

　　通過使用量子計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)反向運(yùn)行用公鑰推定私鑰的過程，每個(gè)人的私鑰都會(huì)被量子計(jì)算機(jī)輕易推斷出來。外媒 Motherboard 認(rèn)為一個(gè) 4000 量子比特的量子計(jì)算機(jī)就可以瓦解區(qū)塊鏈，也就是說哪個(gè)人或團(tuán)隊(duì)先做出并應(yīng)用這樣的量子計(jì)算機(jī)就可以解出并驗(yàn)證每一筆交易，未來會(huì)產(chǎn)生的還未流通的所有加密貨幣都會(huì)被其壟斷，加密貨幣的信任系統(tǒng)將被瓦解。詳情可參見 FreeBuf 的專題文章：量子計(jì)算從概念走入現(xiàn)實(shí)，公鑰加密是否岌岌可危。

　　嚴(yán)格意義上講，量子計(jì)算機(jī)的問世會(huì)威脅到現(xiàn)有體系所有的加密學(xué)，將改寫整個(gè)金融和銀行業(yè)的安全防護(hù)。

　　不過，很多科學(xué)家認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)并不能取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)。因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)的計(jì)算特點(diǎn)決定了它只能應(yīng)用在少部分領(lǐng)域中，而經(jīng)典計(jì)算機(jī)的工作范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過量子計(jì)算機(jī)。

　　但是，各位區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)者也要加強(qiáng)警惕了，谷歌這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)一出，預(yù)示著未來的區(qū)塊鏈領(lǐng)域可能會(huì)出現(xiàn)翻天覆地的變化。

　　參考來源：

　　http://www.freebuf.com/articles/database/139347.html

　　https://motherboard.vice.com/en_us/article/pam958/bristlecone-google-quantum-computer-72-qubits

　　https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8F%E5%AD%90%E9%96%98 （量子門）

　　https://research.googleblog.com/2018/03/a-preview-of-bristlecone-googles-new.html

　　https://www.cnbeta.com/articles/tech/704777.htm